王筱徑
(福建省地質(zhì)測試研究中心,福州,350001)
近年來,伴隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高,陰離子表面活性劑被廣泛地運用于生產(chǎn)生活的各個方面,為人們帶來了許多便利。然而,大量陰離子表面活性劑隨生活污水或工業(yè)廢水流入水體,會導(dǎo)致水質(zhì)惡化,對生態(tài)環(huán)境造成破壞。研究表明,當(dāng)水體中陰離子表面活性劑濃度達(dá)到0.5 mg/L時,會阻斷水體中的氧氣交換,造成微生物大量缺氧死亡[1]。陰離子表面活性劑還具有難降解性,能與水中的其他污染物結(jié)合在一起形成分散性的膠體顆粒,增大污染的濃度和毒性[2]。因此,陰離子表面活性劑成為反映水環(huán)境質(zhì)量的重要指標(biāo)之一,是國家采測分離“9+x”中要求抽測的項目[3]。
目前,可用于測定水中陰離子表面活性劑的標(biāo)準(zhǔn)檢測方法主要有“亞甲藍(lán)分光光度法”[4]、“二氮雜菲萃取分光光度法”[5]、“流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法”[6]、“連續(xù)流動分析-分光光度法”[7]等。其中,前二者方法具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗干擾能力強(qiáng)的優(yōu)點,但操作步驟繁瑣,系統(tǒng)誤差大,且該類方法氯仿使用量大,容易對操作人員身體健康造成危害。而后二者方法為近年發(fā)展起來的儀器分析方法,與傳統(tǒng)方法相比,分析效率高、測量準(zhǔn)確、重復(fù)性好,對操作人員健康的危害較小。但使用標(biāo)準(zhǔn)方法“流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法”進(jìn)行樣品測定時,仍然存在步驟繁瑣、試劑消耗量大等問題,為了更好地開展樣品檢測工作,研究在標(biāo)準(zhǔn)方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行一些改進(jìn),優(yōu)化試劑的用量,簡化實驗溶液的配制方法。通過對改進(jìn)的方法的標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限、精密度、正確度、加標(biāo)回收率等特性指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn),評估該方法在技術(shù)上的可行性、合理性。
將含有陰離子表面活性劑的試樣注射到一個運行連續(xù)載流的管路中,讓試樣與實驗溶液按照事先設(shè)定的順序混合并發(fā)生化學(xué)反應(yīng),生成的亞甲基藍(lán)活性物質(zhì)被氯仿萃取并進(jìn)入流通池進(jìn)行檢測分析。儀器根據(jù)亞甲基藍(lán)活性物質(zhì)濃度與吸光度的線性關(guān)系建立標(biāo)準(zhǔn)曲線,依據(jù)線性回歸方程得出樣品中陰離子表面活性劑的濃度。樣品中存在的干擾物質(zhì)在儀器中經(jīng)過萃取和反萃取可被消除[8]。
流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法采用流動注射分析儀作為主要儀器,由于儀器結(jié)構(gòu)精密、管路復(fù)雜,對實驗溶液的使用要求較高,因此溶液配制過程步驟繁瑣,試劑消耗量大。研究通過對標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行改進(jìn),實現(xiàn)了試劑用量的優(yōu)化和溶液配制方法的簡化,使得流動注射分析法快速、準(zhǔn)確、環(huán)保的技術(shù)優(yōu)點能夠得到充分體現(xiàn)。使用標(biāo)準(zhǔn)方法與使用改進(jìn)的方法配制實驗溶液的對比(表1)。
表1 標(biāo)準(zhǔn)方法與改進(jìn)的方法配制實驗溶液的對比Table1 Comparison of the standard methods and the modified methods for preparing the experimental solution
(1)亞甲基藍(lán)儲備液標(biāo)準(zhǔn)方法是將適量的亞甲基藍(lán)溶解于1 L 去離子水中,用0.45 μm 尼龍過濾網(wǎng)過濾的方式制備亞甲基藍(lán)儲備液(亞甲基藍(lán)濃度為0.50 g/L)。改進(jìn)方法采用將亞甲基藍(lán)溶解于500 mL 無水乙醇,再用去離子水定容,然后使用0.22 μm 微孔濾膜過濾的方法制備亞甲基藍(lán)儲備液(亞甲基藍(lán)濃度為0.35 g/L)。改進(jìn)的方法操作方便,且減少了亞甲基藍(lán)的使用量,而采用孔徑更細(xì)的過濾方式,過濾后得到的溶液澄清透明,在此后配制酸性、堿性亞甲基藍(lán)溶液時使用效果更好。
(2)配制堿性硼酸鈉溶液:標(biāo)準(zhǔn)方法采用分別配制四硼酸鈉溶液和氫氧化鈉溶液,再將2 種溶液等體積混合的方式。改進(jìn)方法則采用四硼酸鈉固體和氫氧化鈉固體混合溶解進(jìn)行配制。
(3)制備堿性亞甲基藍(lán)溶液:標(biāo)準(zhǔn)方法需要配制2 種堿性亞甲基藍(lán)溶液,并反復(fù)萃取6 次進(jìn)行脫色,操作步驟繁瑣,試劑消耗量大。改進(jìn)方法簡化了操作步驟,僅配制1 種堿性亞甲基藍(lán)溶液,并萃取3 ~4 次進(jìn)行脫色。同時增大了亞甲基藍(lán)儲備液的用量,由60 mL 增加到200 mL,確保樣品中的陰離子表面活性劑能夠全部參與反應(yīng)并被萃取分離。
(4)制備亞甲基藍(lán)儲備液:標(biāo)準(zhǔn)方法酸性亞甲基藍(lán)溶液需萃取3 次進(jìn)行脫色,由于在一次萃取時樣品中的陰離子表面活性劑已全被萃取分離,在二次萃取時,酸性亞甲基藍(lán)溶液參與反應(yīng)的作用只是反洗樣品中的無機(jī)陰離子[9],消除干擾,所以改進(jìn)方法配制酸性亞甲基藍(lán)溶液時不進(jìn)行脫色處理,節(jié)省了時間和成本。改進(jìn)方法采用磷酸二氫鈉固體代替堿性硼酸鈉溶液作緩沖劑,操作起來更加方便。
試驗的主要試劑有亞甲基藍(lán)、四硼酸鈉、三氯甲烷、硫酸、氫氧化鈉、無水乙醇、磷酸二氫鈉、石油醚,陰離子表面活性劑(十二烷基苯磺酸鈉)標(biāo)準(zhǔn)溶液,濃度值為1 000 mg/L,標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)編號為GBW(E)081623,批次編號為L5X2;實驗用水為實驗室制備的去離子水。
此次實驗的儀器設(shè)備為BDFIA-8000 型全自動流動注射分析儀,北京寶德儀器有限公司生產(chǎn)。儀器的參數(shù)設(shè)置中的樣品周期為200 s,泵轉(zhuǎn)速為35 r/min,注射時間為78 s,進(jìn)載流時間為78 s,到達(dá)閥時間為82 s。
設(shè)定儀器參數(shù)先用去離子水分別清洗載流,堿性亞甲基藍(lán)、酸性亞甲基藍(lán)的流路約為15 min。待清洗步驟結(jié)束后,將各個進(jìn)試劑的毛細(xì)管插入相應(yīng)的試劑瓶中,繼續(xù)運行15 ~20 min,期間檢查整個流路的密閉性及液體流動的順暢性,待基線穩(wěn)定后,編寫進(jìn)樣列表,之后可以開始樣品的測定。然后量取標(biāo)準(zhǔn)系列溶液、樣品待測液置于流動注射分析儀進(jìn)樣器內(nèi),按順序進(jìn)行測定。
此試驗配制陰離子表面活性劑濃度分別為0,0.10,0.20,0.50,1.00,2.00 mg/L。經(jīng)自動進(jìn)樣測定,得到所配制標(biāo)準(zhǔn)系列的信號峰面積,標(biāo)準(zhǔn)曲線測試結(jié)果(表2)。以信號峰面積為橫坐標(biāo),對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)溶液濃度為縱坐標(biāo)繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線,得到線性回歸方程為y=0.001 738x+0.002 287,線性相關(guān)系數(shù)大于0.999,線性關(guān)系滿足“流動注射-亞甲基藍(lán)分光光度法”的質(zhì)量控制要求。
表2 標(biāo)準(zhǔn)曲線測試結(jié)果Table 2 Standard curve test results
選取濃度為0.50 mg/L 的標(biāo)準(zhǔn)曲線中間濃度點,每隔10 個樣品進(jìn)行校準(zhǔn)測定,計算出校準(zhǔn)點與標(biāo)準(zhǔn)曲線該點濃度的相對偏差。標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間濃度點校準(zhǔn)核查結(jié)果(表3)。
表3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的中間濃度點校準(zhǔn)核查結(jié)果Table 3 Results of the intermediate concentration point calibration verification of the standard curve
對配制濃度約為估計方法檢出限5 倍的標(biāo)準(zhǔn)溶液進(jìn)行7 次平行測定,依據(jù)公式(1)計算出方法檢出限MDL。
式中:n為樣品的平行測定次數(shù),為6;t為自由度,為n-1;置信度為99%的t分布值(單側(cè)),本次取3.143;S為n次平行測定的標(biāo)準(zhǔn)偏差。
根據(jù)測試結(jié)果計算出MDL為0.03 mg/L,測定下限為4 倍的MDL,所得結(jié)果為0.09 mg/L,優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)方法對檢出限及測定下限的要求標(biāo)準(zhǔn)曲線。測試結(jié)果(表4)。
表4 方法檢出限、測定下限的測試結(jié)果Table 4 Test results of the method detection limit and lower measurement limit
配制低、中、高3 種濃度的標(biāo)準(zhǔn)溶液,低濃度為0.40 mg/L,中濃度為1.00 mg/L,高濃度為1.80 mg/L。每種溶液連續(xù)測試6 次,精密度測試結(jié)果(表5)。根據(jù)測試結(jié)果計算出3 種樣品的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差分別為1.90%,0.89%,0.70%,數(shù)據(jù)不大于標(biāo)準(zhǔn)方法中6 家實驗室所測得2.2%~6.9%、1.2%~6.1%、0.6%~6.7%的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差范圍,證明方法精密度良好。
表5 精密度的測試結(jié)果Table 5 Test results of the precision單位:mg/L
采用改進(jìn)方法和標(biāo)準(zhǔn)方法分別進(jìn)行有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定以及加標(biāo)回收實驗,通過分析實驗結(jié)果評價方法的正確度。有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)濃度為(0.391±0.029)mg/L,由生態(tài)環(huán)境部環(huán)境發(fā)展中心環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)樣品研究所生產(chǎn),測試分析時取樣品10 mL,實驗室用水稀釋至250 mL 后用于測試。標(biāo)準(zhǔn)方法測試結(jié)果為0.402 mg/L,改進(jìn)方法的測試結(jié)果為0.399 mg/L,2 種方法的測試結(jié)果均在真值的濃度范圍內(nèi)。加標(biāo)回收實驗采用對3 種不同類型的實際樣品加入同一加標(biāo)濃度的方式,依據(jù)“環(huán)境監(jiān)測分析方法標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)導(dǎo)則”[10]中對加標(biāo)濃度的規(guī)定(樣品有檢出時,加標(biāo)濃度應(yīng)為樣品濃度的0.5 ~3 倍;樣品未檢出時,加標(biāo)濃度應(yīng)盡可能包含適用的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)、生態(tài)環(huán)境風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)、污染物排放標(biāo)準(zhǔn)限制的濃度),確定加標(biāo)量為0.40 mg/L。加標(biāo)回收實驗的測試結(jié)果(表6)。經(jīng)改進(jìn)方法測定,地表水和地下水樣品的本底濃度為0,生活污水樣品的本底濃度為0.21 mg/L,經(jīng)樣品加標(biāo)回收實驗可知,樣品的加標(biāo)回收率為87.5%~105.0%,該回收率與采用標(biāo)準(zhǔn)方法測定的回收率偏倚一致。由以上的實驗結(jié)果可見,改進(jìn)方法具有良好的正確度。
表6 實際樣品加標(biāo)測試結(jié)果Table 6 Test results of the actual sample-spiked
(1)研究對“水質(zhì)陰離子表面活性劑的測定”標(biāo)準(zhǔn)檢測方法進(jìn)行改進(jìn),優(yōu)化了試劑的使用量,簡化了實驗溶液的配制方法。為評價改進(jìn)后方法的特性指標(biāo)是否滿足標(biāo)準(zhǔn)方法的要求,對其進(jìn)行了確認(rèn),測定了標(biāo)準(zhǔn)曲線、檢出限、精密度、正確度、加標(biāo)回收率等特性指標(biāo)。由實驗結(jié)果可知,標(biāo)準(zhǔn)曲線線性關(guān)系良好,線性相關(guān)系數(shù)大于0.999,滿足方法規(guī)定的要求;校核點與標(biāo)準(zhǔn)曲線該濃度點的相對偏差為-2.1%~3.4%、滿足要求的相對偏差應(yīng)≤±10%。方法檢出限為0.03 mg/L,測定下限為0.09 mg/L,優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)方法對檢出限及測定下限的要求,實驗得出的精密度、正確度、加標(biāo)回收率均滿足標(biāo)準(zhǔn)方法的要求。
(2)采用改進(jìn)方法和標(biāo)準(zhǔn)方法分別進(jìn)行有證標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的測定以及加標(biāo)回收實驗,2 種方法的測試結(jié)果無明顯差異。實驗結(jié)果表明,改進(jìn)后方法的特性指標(biāo)能夠滿足標(biāo)準(zhǔn)方法的要求,技術(shù)上合理可行,且該方法最大限度地發(fā)揮了流動注射分析法快速、準(zhǔn)確、環(huán)保的技術(shù)優(yōu)點,具有一定的推廣應(yīng)用價值。